Шинные интерфейсы материнской платы

^

Шинные интерфейсы материнской платы

Связь между всеми собственными и подключаемыми устройствами материнской платы выполняют ее шины и логические устройства, размещенные в микросхемах микропроцессорного комплекта (чипсета). От архитектуры этих элементов во мно­гом зависит производительность компьютера.

ISA. Историческим достижением компьютеров платформы IBM PC стало внедре­ние почти двадцать лет назад архитектуры, получившей статус промышленного стандарта ISA (Industry Standard Architecture). Она не только позволила связать все устройства системного блока между собой, но и обеспечила простое подключе­ние новых устройств через стандартные разъемы (слоты). Пропускная способность шины, выполненной по такой архитектуре, составляет до 5,5 Мбайт/с, но, несмотря на низкую пропускную способность, эта шина продолжает использоваться в компью­терах для подключения сравнительно «медленных» внешних устройств, например звуковых карт и модемов. В РС XT она имела разрядность данных 8 бит и адреса – 20 бит, работала на частоте 5 МГц. В РС AT шину расширили до 16 бит данных и 24 бит адреса. Эта 16-разрядная шина работает на частоте 8 МГц. Конструктивно шина выполнена в виде двух щелевых разъемов (слотов) с шагом выводов 2,54 мм (0,1 дюйма). Подмножество ISA-8 использует только 62-контакт­ный слот (ряды А, В), в ISA-16 применяется дополнительный 36-контактный слот (ряды С, D).,

EISA. Расширением стандарта ISA стал стандарт EISA (Extended ISA), отличающийся расширением разрядности до 32 бит, увеличенным разъемом и увеличенной производительностью (до 32 Мбайт/с). Эта шина работает на частоте 8 МГц.

Как и ISA, в настоящее время данный стандарт считается устаревшим. После 2000 года выпуск материнских плат с разъемами ISA/EISA и устройств, подключаемых к ним, прекращается. Но эти шины продолжают широко использоваться в промышленных компьютерах и контроллерах, выполняющих функции управления.

PCI. Интерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect – стандарт подключения внешних компонентов) был введен в персональных компьютерах, выполненных на базе процессоров Intel Pentium. По своей сути это тоже интерфейс локальной шины, связывающей процессор с оперативной памятью, в которую врезаны разъемы для подключения внешних устройств. Для связи с основной шиной компьютера (ISA/ EISA) используются специальные интерфейсные преобразователи – мосты PCI (PCI Bridge). В современных компьютерах функции моста PCI выполняют микро­схемы микропроцессорного комплекта (чипсета).

Данный интерфейс поддерживает частоту шины 33 МГц и обеспечивает пропускную способность 132 Мбайт/с. Последние версии интерфейса поддерживают частоту до 66 МГц и обеспечивают производительность 264 Мбайт/с для 32-разрядных данных и 528 Мбайт/с для 64-разрядных данных.

Важным нововведением, реализованным этим стандартом, стала поддержка так называемого режима plug-and-play, впоследствии оформившегося в промышлен­ный стандарт на самоустанавливающиеся устройства. Его суть состоит в том, что после физического подключения внешнего устройства к разъему шины PCI происхо­дит обмен данными между устройством и материнской платой, в результате кото­рого устройство автоматически получает номер используемого прерывания, адрес порта подключения и номер канала прямого доступа к памяти.

Конфликты между устройствами за обладание одними и теми же ресурсами (номерами прерываний, адресами портов и каналами прямого доступа к памяти) вызывают массу проблем у пользователей при установке устройств, подключаемых к шине ISA. С появлением интерфейса PCI и с оформлением стандарта plug-and-play появилась возможность выполнять установку новых устройств с помощью автоматических программных средств – эти функции во многом были возложены на операционную систему.

FSB. Шина PCI, появившаяся в компьютерах на базе процессоров Intel Pentium как локальная шина, предназначенная для связи процессора с оперативной памятью, недолго оставалась в этом качестве. Сегодня она используется только как шина для подключения внешних устройств, а для связи процессора и памяти, начиная с процессора Intel Pentium Pro используется специальная шина, получившая назва­ние Front Side Bus (FSB). Эта шина работает на очень высокой частоте 100-125 МГц. В настоящее время внедряются материнские платы с частотой шины FSB 133 МГц и ведутся разработки плат с частотой до 200 МГц. Частота шины FSB является одним из основных потребительских параметров — именно он и указывается в специфика­ции материнской платы. Пропускная способность шины FSB при частоте 100 МГц составляет порядка 800 Мбайт/с.

AGP. Видеоадаптер – устройство, требующее особенно высокой скорости передачи данных. Как при внедрении локальной шины VLB, так и при внедрении локальной шины PCI видеоадаптер всегда был первым устройством, «врезаемым» в новую шину. Сегодня параметры шины PCI уже не соответствуют требованиям видеоадаптеров, поэтому для них разработана отдельная шина, получившая название AGP (Advanced Graphic Port – усовершенствованный графический порт). Частота этой шины соответствует частоте шины PCI (33 МГц или 66 МГц), но она имеет много более высокую пропускную способность – до 1066 Мбайт/с (в режиме четырехкратного умножения).

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association – стандарт между­народной ассоциации производителей плат памяти для персональных компьютеров). Этот стандарт определяет интерфейс подключения плоских карт памяти небольших размеров и используется в портативных персональных компьютерах. Сейчас носит наименование PC Card.

USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная магистраль). Это одно из последних нововведений в архитектурах материнских плат. Этот стандарт определяет способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Он позволяет подключать до 256 различных устройств, имеющих последовательный интерфейс. Устройства могут включаться цепочками (каждое следующее устройство подключается к предыдущему). Производительность шины USB 1.1 относительно неве­лика и составляет 1,5 Мбит/с (низкая скорость), но для таких устройств, как клавиатура, мышь, модем, джойстик и т. п., этого достаточно, и 12 Мбит/с (высокая скорость).

Удобство шины состоит в том, что она практически исключает конфликты между различным оборудованием, позволяет подключать и отключать устройства в «горячем режиме» (не выключая компьютер) и позволяет объединять несколько компьютеров в простейшую локальную сеть без применения специального оборудования и программного обеспечения. В настоящее время используется шина USB 2.0 с гораздо более высокой скоростью передачи данных 480 Мбит/с.

Внешний вид разъемов шины и ее логотип показаны на рис. 29 и 30.

PCI Express –эта шина предназначена для расширения и замены шин ISA, PCI, AGP, используемых в РС. Кроме того, PCI Express также используется в качестве шины расширения (или шины второго уровня) для подключения к другим интерфейсам, таким как Serial ATA, USB 2.0, 1394b (FireWire), Gigabit Ethernet и т. д.

Разъем PCI Express х1 обеспечивает полнодуплексный режим работы со скоростью передачи данных 2,5 Гбит/с в обоих направлениях. У разъема PCI Express х16 скоростью передачи данных составляет 40 Гбит/с в обоих направлениях.







Рис. 29. Штепсель USB можно зафиксировать с помощью пружины в разъеме USB

Рис. 30. Логотип устройств USB



^ Функции микропроцессорного комплекта (чипсета)

Параметры микропроцессорного комплекта (чипсета) в наибольшей степени определяют свойства и функции материнской платы. Ранее большинство чипсетов материнских плат выпускалось на базе двух микросхем, получивших название «северный мост» и «южный мост».

«Северный мост» управляет взаимосвязью четырех устройств: процессора, оперативной памяти, порта AGP и шины PCI. Поэтому его также называют четырехпортовым контроллером

«Южный мост» называют также функциональным контроллером. Он выполняет функции контроллера жестких и гибких дисков, функции моста ISA – PCI, контроллера клавиатуры, мыши, шины USB и т. п.

В настоящее время чипсеты используют так называемую хаб-архитектуру.

На рис. 31 и 32 в качестве примера показан вид материнской платы компьютера PII со слотами ISA и PCI, на рис. 33 и 34 вид материнской платы P3V4X компьютера PIII, на рис. 35, 36 и 37 вид материнской платы P4Р800 относительно современного компьютера P4.

Рис. 31.

На рис. 31 показана схема расположения элементов на материнской плате АТС-1020
с указанием джамперов для изменения ее параметров




Рис. 32. Схема расположения элементов на материнской плате АТС-1020


^ ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЫ АТС-1020

ЦП

Возможна установка процессора INTEL Pentium с тактовой частотой до 200 МГц в гнездо типа ZIF 7


Chipset

Микросхемы серии INTEL 82430VX РСI, а также микросхема Winbond для управления операциями ввода-вывода


SRAM

Поддерживаются установленные на плате две микросхемы синхронной статической памяти и одно гнездо типа COAST (Cashe On A STic, буквально "кэш на штыре") под модуль конвейерной памяти Burst SRAM

SRAM

Встроенная 256 или 512Кбайт синхронная статическая кэш-память SRAM Возможно наращение при помощи модулей, вставляемых в гнездо типа COAST, объемом 256 / 512 Кбайт


DRAM

Два банка памяти (четыре 72-контактных гнезда под SIMM модули) с 64-битной шиной данных позволяют установить до 128 Мбайт динамической памяти DRAM со страничной адресацией. Одно 168-контактное DIMM гнездо для одного банка SDRAM

DRAM

Возможна установка модулей EDO DRAM и совместная установка EDO DRAM и модулей DRAM SIMM с быстрой страничной адресацией (в разные банки)


Разъемы
шины


Имеются четыре гнезда локальной шины PCI и три гнезда шестнадцатибитной шины ISA


IDE


Два разъема контроллера IDE позволяют благодаря двойному каналу устанавливать до четырех устройств, подключать жесткие диски больших объемов, приводы CD-ROM, ленточные накопители. Контроллер PCI IDE поддерживает режимы параллельного ввода-вывода (РIO) с РIO-0 до PIO-4. BIOS сам определяет тип подключенных устройств с интерфейсом IDE


I/O


На плате находятся разъемы скоростной карты ввода-вывода:

- один порт для дисководов FDD поддерживает два устройства емкостью
до 2,88 Мбайт

- два последовательных порта, совместимых со скоростным модулем 16550А UART

- один двунаправленный ЕРР / ЕСР параллельный порт улучшенной / повышенной мощности

- один IrDA TX/RX порт для связи компьютеров с помощью ИК излучения







Рис. 34. Внешний вид материнской платы ASUS P4P800




Рис. 35, а. Схема системной платы ASUS P4P800




Рис. 35, б. Схема расположения элементов на материнской плате ASUS P4P800




Рис. 36. Схема расположения разъемов на материнской плате ASUS P4P800

ASUS P4P800 Motherboard Components (Это нужно прочитать и перевести самим.)


1. ATX power connector. This 20-pin connector connects to an ATX power supply. The power supply must have at least 2A on the +5 V SB lead and 15 A on the +12 V lead.

^ 2. ATX 12V connector. This power connector connects the 4-pin 12 V plug from the ATX 1 V power supply.

3. CPU socket. A 478-pin surface mount, Zero Insertion Force (ZIF) socket for the Intel Pentium Processor, with 800/533/400 MHz system bus that allows 6.4GB/S, 4.3GB/s, and 3.2GB/S data transfer rates, respectively.

^ 4. North bridge controller. The Inter» 848P Memory Controller Hub provides the processor interface with 800/533/400 MHz frequency, system memory

interface at 400/333/266MHz operation, and 1.5V AGP interface that supports AGP 3.0 specification including 8X Fast Write protocol. The Inter 848P Memory Controller Hub interconnects to the South Bridge ЮН5 via the Intel proprietary Hub Interface.

^ 5. Super I/O controller. This Winbond Low Pin Count (LPC) interface provides the commonly used Super I/O functionality. The chipset supports a high-performance floppy disk controller for a 360K/720K/1.44M/2.88M floppy disk drive, a mufti-mode parallel port, two standard compatible UARTs, and a Rash ROM interface.

6. DDR DIMM sockets. These two 184-pin DIMM sockets support up to 2GB system memory using unbuffered non-ECC PC3200/2700/2100 DDR DIMMs.

^ 7. Floppy disk connector. This connector accommodates the provided ribbon cable for the floppy disk drive. One side of the connector is slotted to prevent incorrect insertion of the floppy disk cable.

8. IDE connectors. These dual-channel bus master IDE connectors support Ultra DMA100/66/? PIO Modes3&4 IDE devices. Both the primary (blue) and secondary (black} connectors are slotted to prevent incorrect insertion of the IDE ribbon cable.

^ 9. SATA connectors. These connectors support Serial ATA HDDs and allow up to 150MB/S data transfer rate using thin 4-conductor SATA cables.

10. Flash ROM. This 4Mb firmware contains the programmable BIOS program.

^ 11. South bridge controller. The fifth-generation Intel I/O Controller Hub (ICH5) is a subsystem that integrates various I/O functions including 2-channel ATA100 bus master IDE controller, SATA controller, up to eight USB 2.0/1.1 ports, I/O APIC, SMBus controller, LPC interface, AC'97 2.3 interface, and PCI 2.3 interface. The ICH5 also contains the necessary arbitration and buffering for efficient utilization of these interfaces.

^ 12. Standby power LED. This LED lights up if there is a standby power on the motherboard. This LED acts as a reminder to turn off the system power before plugging or unplugging devices.

13. Wl-R slot This slot supports the ASUS WiFi-b and the upcoming 802.11g wireless add-on cards. The ASUS WiFi-b is compliant to the 802.11b standard and also provides the Software AP (Access Point) user-friendly utility. With ASUS WiFi-b, establishing a home network is hassle-free.

^ 14. Audio CODEC. The ADIAD1888 is an AC'97 CODEC that allows 6-channel audio playback.

15. LAN controller. This Realtek RTL8100C 10/100 LAN controller supports 10BASE-T/ 100BASE-TX networking.

^ 16. PCI slots. These 32-bit PCI 2.3 expansion slots support bus master PCI cards like SCSI or LAN cards with 133MB/S maximum throughput.

17. АGР 8X slot. This Accelerated Graphics Port (AGP) slot supports 1.5V AGP 8X/4X mode graphics cards for 3D graphical applications.

^ 18. PS/2 mouse port. This green 6-pin connector is for a PS/2 mouse.

19. Parallel port. This 25-pin port connects a parallel printer, a scanner, or other deuces.

20. RJ-45 port. This port allows connection to a Local Area Network (LAN) through a network hub.

^ 21. Line In jack. This Line In (light blue) jack connects a tape player or other audio sources. In 6-channel mode, the function of this jack becomes Bass/ Center.

22. Line Out jack. This Line Out (lime) jack connects a headphone or a speaker. In 6-channel mode, the function of this jack becomes Front Speaker Out.

^ 23. Microphone jack. This Mic (pink) jack connects a microphone. In 6-channel mode, the function of this jack becomes Rear Speaker Out.

24. PS/2 keyboard port. This purple connector is for a PS/2 keyboard.

^ 25. S/PDIF out jack. This jack connects to external audio output devices.

26. Serial port. This 9-pin COM1 port is for pointing devices or other serial devices.

^ 27. USB 2.0 ports These four 4-pin Universal Serial Bus (USB) ports are available for connecting USB 2.0 devices.



Периферийные устройства персонального компьютера

Периферийные устройства персонального компьютера подключаются к его интер­фейсам и предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря им компьютерная система приобретает гибкость и универсальность.

По назначению периферийные устройства можно подразделить на:

• устройства ввода данных;

• устройства вывода данных:

• устройства хранения данных;

• устройства обмена данными.